基于田间试验的水稻模型ORYZA2000区域参数比较

利用江苏南京、安徽宣城两地的水稻田间试验数据和气象资料,对ORYZA2000模型基本作物参数进行调整,包括不同发育阶段的发育速率、干物质分配系数、比叶面积等。两试验点的作物营养生长参数(DVRJ)和生殖生长参数(DVRR)差异很大,反应了模型的区域差异性。模拟效果均能准确反应叶面积指数、生物量的动态变化过程,在地上部生物量的模拟准确度最高。两试验点的叶面积指数、地上部生物量、绿叶生物量、茎生物量和穗生物量的归一化均方根NSMSE值分别为9%、19%、18%、13%、25%和16%、25%、17%、19%、24%,因而南京试验点的模拟效果比宣城好,参数更具区域适应性。     

基于CoLM模型的根分布对陆-气水热交换的影响研究:以玉米农田为例

利用2007—2008年辽宁锦州玉米农田生态系统野外观测站资料,基于CoLM模型对玉米根分布在陆-气水热通量模拟中的影响进行研究,结果表明:模型模拟性能随年际气象条件的差异而不同,与2007年相比,2008年生长季内降水偏多,感热和潜热模拟精度明显提高;决定根分布形态的50%和95%根总量土层深度(d50和d95)两个参数中,d50比d95敏感;根分布对土壤湿度的影响在极端干旱条件下很小,在一定土壤湿度范围内随土壤湿度及土层深度的增大而减小;在水汽通量各分量中,植物蒸腾受根分布影响最大,其次是土壤蒸发,而叶片蒸发不受影响;根分布对潜热和感热模拟的影响随土壤湿度增大而减小。     

WOFOST模型在东北春玉米产区的验证与适应性评价

校准与验证春玉米WOFOST模型,为模型本地化、区域化应用提供研究依据。采用东北春玉米田间观测数据,使用全局敏感性分析EFAST方法对WOFOST模型参数进行敏感性分析,结合土壤数据和同期气象数据等资料对模型进行参数校正与优化,确定春玉米的作物参数;利用独立的观测数据,对春玉米生育期、叶面积指数、各生物量等指标进行详细的验证与适应性评价。结果表明:1)针对不同区域进行作物模型敏感性分析筛选出的作物参数有一定差异,但对产量影响最敏感的前5位总敏感参数相同。2)模型对春玉米生育期的模拟较好,开花期和乳熟期的相对模拟平均误差在1 d左右,在成熟期的平均误差在3 d左右。3)模型对各生物量模拟的回归系数α与确定系数R2较好,均通过显著性检验,从模型整体模拟效果来看,地上部分总生物量和叶面积指数为89%和86%,整体模拟性能较好;残差聚集指数(CRM)为14%和4%,表明模型对地上生物量和叶面积指数的模拟值略偏低。4)通过校准模型作物参数值,WOFOST模型能够较好地模拟东北春玉米生长发育及其生物量的动态积累过程,能够应用于东北地区春玉米生产。     

基于吉林省观测土壤水分的WOFOST模型模拟研究

利用吉林省白城站试验数据进行模型参数调整,通过独立的观测资料对生育期、叶面积指数、地上部分各器官生物量进行模拟验证与评价。以白城站和榆树站代表吉林省西部玉米种植区和中部黄金玉米带参数,利用农业气象观测站发育期资料、气象资料和经过质量控制后的逐日土壤水分自动站观测数据进行模拟。为了提高WOFOST模型模拟精度,将由模型通过降水量计算的土壤体积含水量替换为实测土壤水分计算的体积含水量,采用替换后的土壤体积含水量参与模型下一步运算,以此来模拟2001—2016年春玉米穗生物量变化状况,构建玉米土壤体积含水量改善率(PD)指标,来表征降水驱动和土壤水分驱动对作物模型模拟结果的影响。结果表明:(1)模型对白城站春玉米生育期、叶面积、地上部分总生物量和叶生物量较准确,而穗生物量模拟效果一般。(2)从代表站白城来看,穗生物量模拟值与降水量存在明显正相关,降水偏少的年份土壤模拟效果明显优于降水驱动。(3)从区域来看,以盐碱土为主的地区或降水量偏少的年型下土壤水分驱动效果优于降水驱动;在以黑土为主的区域或降水偏多的年型下,两者模拟效果基本接近。(4)总体来说,利用观测土壤水分替换降水量参与模型能够显著提高模型模拟精度。     

BCC_AVIM陆面过程模式冻融过程参数化的改进与检验

考虑冻融过程对陆气相互作用的重要性,参考国内外学者对于冻融过程的参数化方案研究,对BCC＿AVIM陆面过程模式的冻融过程参数化方案进行了改进与检验。改进的内容主要包括：（1）加入了过冷水概念,改进土壤冻结判断条件与含冰量更新标准;（2）加入平衡温度概念代替原方案中恒定的冻结温度;（3）在导水率的参数化方案之中加入不可渗透分数。用改进前后方案分别模拟玛曲站2018-2019年,2019-2020年两次冻融过程。发现改进后的方案在冻融过程中相比原方案：（1）增大了冻结状态温度模拟值、振幅减小、变化趋势更加接近实测;（2）增大了冻结状态中含水量的模拟值,变化趋势与实测相关性更好;（3）土壤中冰的产生日期延后,冰的融解日期提前,最大含冰量模拟减小;（4）冻融过程各阶段的转变日期模拟更接近实测;（5）新方案对于强冻融年份的模拟提升效果更优于弱冻融年份。     

气候波动对典型草原区潜在蒸散的影响

根据FAO推荐的彭曼—孟蒂斯方程,利用典型草原区1961—2008年25个地面气象站资料,分析了典型草原区潜在蒸散量的变化趋势以及与气候波动间的关系。结果表明,1）典型草原区四季与年潜在蒸散量均呈现出一致的减少趋势,且春季潜在蒸散量减少趋势最为显著,减少率为3.71mm/（10a）,其次为夏季和秋季,冬季最少。典型草原区年潜在蒸散量的80%以上集中在牧草返青、生长关键期,且此时又是潜在蒸散量变幅最大的季节,由此可能引发典型草原区干旱事件频发、地上生物量减少、草场的退化。2）对典型草原区潜在蒸散量影响最为密切的因子为：相对湿度、降水量、日照时数和平均风速,气温影响不显著。究其原因从能量平衡原理分析,典型草原区近50a平均风速减少影响了空气动力学对蒸散的影响,日照时数减少和湿度的略增是太阳辐射减少的原因,从而导致了潜在蒸散量的降低。3）21世纪典型草原区潜在蒸散量处于低的平均态和变率增大时期,极有可能引发干旱灾害,这与目前该地区气候变暖后生态耗水加大、干旱化加剧、生态退化严重等结论是一致的     

东北地区夏季旬土壤水分推算模型的初步探讨

利用东北地区1993—2009年6—8月旬土壤湿度资料,首先采用CAST聚类法对该区域土壤湿度进行气候分区,再以土壤水量平衡原理为依据,在考虑有物理意义的影响因子基础上,分别对每个分区建立统计回归模型,并验证模型的适用性。结果表明:模拟精度在78.8%～88.2%之间,该模型对于东北地区夏季的旬土壤湿度具有一定的推算能力,可以作为一种可应用的模拟方法。     

地表反照率动态参数化对陆-气通量模拟的影响：以东北玉米农田为例

利用考虑了生物因子(叶面积指数)和环境因子(太阳高度角、表层土壤湿度)影响的地表反照率α动态参数化方案对BATS1e模型进行改进,基于2008年玉米农田生态系统的通量、气象及生物因子的连续观测资料,研究α动态参数化对玉米农田生态系统与大气间通量交换的影响.结果表明,引入α动态参数化方案后,模型实现了地表反照率α的日、季动态模拟,模型效率系数提高0.65,误差明显减小,使陆气通量交换热力作用的模拟准确性有所提高,其中,净入射短波辐射模拟改进最为明显,全年改进量为81772 kJ/m2,占年总辐射的1.7％;表层土壤温度的年均改进量为0.62 K,多数月份的改进量在1 K以上.另外,模型改进实现了叶面积指数和植被覆盖度等决定下垫面性质各参数的动态变化,使各种通量交换过程更接近于实际,感热和潜热模拟的模型效率系数分别提高0.516和0.1,模拟值对实测值的解释能力在生长季分别提高6％和9％,大于非生长季.     

3种光温指标在模拟设施黄瓜生长发育中的应用与比较

2011年9～12月间,以黄瓜“津优1号”（ Cucumis sativus linn. cv. Jingyoul ） 为试材,在南京信息工程大学试验温室进行分批栽培试验,测定温室气象要素和作物数据,分别用活动积温（AAT,Ac-tive accumulated temperature ）、有效积温（ EAT, Effective accumulated temperature） 和辐热积（TEP,Thermal effectiveness and photosynthesis active radiation）3种光温指标模拟温室黄瓜植株叶面积、株高和生育期,并利用独立试验数据对各个模型进行验证。结果表明：用辐热积指标分别模拟黄瓜各生育期（出苗期、开花期、坐果期、果实膨大期、成熟期）距播种日期的天数,其相对标准误差（RMSE）分别为0d,3d,4d,5d,4d,小于活动积温法（1d,6d,8d,11d,11d）和有效积温法（0d,4d,3d,8d,10d）。利用辐热积指标模拟叶面积和株高的相对标准误差（RMSE）分别为43．0cm^2和4．3cm,决定系数（R^2）分别为0．98和0．98,而用活动积温和有效积温指标模拟黄瓜单株叶面积的相对标准误差（RMSE）分别为61．3cm^2和54．6cm^2,模拟株高的相对标准误差（RMSE）分别为9．8cm和7．5cm。比较结果显示利用辐热积指标模拟温室黄瓜生育期、株高和叶面积的精度明显高于活动积温和有效积温,该研究为温室黄瓜生长指标和各生育期的预测以及环境调控提供参考。     

北京春季沙尘和霾期间气溶胶的对比模拟研究

利用气象模式WRF驱动区域空气质量模式RAQMS,模拟研究了2014年北京地区春季颗粒物及气溶胶化学组分的时空变化,对比分析了沙尘期（3月17日、29日）和霾期（3月25～27日）的天气形势、气象要素和气溶胶化学组分特征,比较了沙尘和人为气溶胶表面非均相化学反应对大气化学成分的影响及相对贡献。结果显示,模式对于气象要素、PM2.5、PM10及其化学组分具有较好的模拟能力,考虑了气溶胶表面非均相化学反应后明显提高了模式对PM2.5及气溶胶化学组分模拟的准确性。沙尘期间,沙尘对PM10质量浓度贡献占主导地位（50.7%）,对PM2.5的贡献与有机气溶胶（OM）和人为排放的一次颗粒物（PPM）相当;霾期间,硝酸盐NO₃?（25.6%）和OM（23.6%）对PM2.5的贡献最大,在PM10中NO₃?、PPM和OM的贡献相当。沙尘期,粗粒子明显增加,在PM10中所占比例与细粒子相当,为45.5%;霾期,细粒子占主导地位,占PM10质量浓度的85.6%。非均相化学反应使沙尘期间硫酸盐（SO₄2–）和NO₃–浓度分别增加16.9%和83.8%,使霾期间的SO₄2?和NO₃–浓度分别增加14.5%和45.0%。2014年3月,非均相化学反应使北京月均SO₂、NO₂、O₃、SO₄2?、NH₄+和NO₃?的浓度分别变化了?2.5%、?5.7%、?3.4%、11.7%、18.6%和58.5%,本文结果表明非均相化学反应对二次无机气溶胶的生成有重要贡献。     

Yield estimation and sowing date optimization based on seasonal climate information in the three CLARIS sites

The present article is a contribution to the CLARIS WorkPackage “Climate and Agriculture”, and aims at testing whether it is possible to predict yields and optimal sowing dates using seasonal climate information at three sites (Pergamino, Marcos Juarez and Anguil) which are representative of different climate and soil conditions in Argentina. Considering that we focus on the use of climate information only, and that official long time yield series are not always reliable and often influenced by both climate and technology changes, we decided to build a dataset with yields simulated by the DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer) crop model, already calibrated in the selected three sites and for the two crops of interest (maize and soybean). We simulated yields for three different sowing dates for each crop in each of the three sites. Also considering that seasonal forecasts have a higher skill when using the 3-month average precipitation and temperature forecasts, and that regional climate change scenarios present less uncertainty at similar temporal scales, we decided to focus our analysis on the use of quarterly precipitation and temperature averages, measured at the three sites during the crop cycle. This type of information is used as input (predictand) for non-linear statistical methods (Multivariate Adaptive Regression Splines, MARS; and classification trees) in order to predict yields and their dependency to the chosen sowing date. MARS models show that the most valuable information to predict yield amplitude is the 3-month average precipitation around flowering. Classification trees are used to estimate whether climate information can be used to infer an optimal sowing date in order to optimize yields. In order to simplify the problem, we set a default sowing date (the most representative for the crop and the site) and compare the yield amplitudes between such a default date and possible alternative dates sometimes used by farmers. Above normal average temperatures at the beginning and the end of the crop cycle lead to respectively later and earlier optimal sowing. Using this classification, yields can be potentially improved by changing sowing date for maize but it is more limited for soybean. More generally, the sites and crops which have more variable yields are also the ones for which the proposed methodology is the most efficient. However, a full evaluation of the accuracy of seasonal forecasts should be the next step before confirming the reliability of this methodology under real conditions.     

不同陆面模式对我国地表温度模拟的适用性评估

基于CLDAS大气驱动数据驱动CLM3.5陆面模式和3种不同参数化方案下的Noah-MP陆面模式模拟得到的地表温度,利用中国气象局2009-2013年2000多个国家级地面观测站地表温度进行质量评估。结果表明:从时间分布看,模拟地表温度与观测的偏差及均方根误差均呈季节性波动;从空间分布看,模拟地表温度与观测的偏差及均方根误差在中国东部地区相对于中国西部地区更小。选择Noah-MP陆面模式3种不同参数化方案模拟结果进行对比,结果表明:Noah-MP模式的非动态植被方案不变时,考虑植被覆盖度的二流近似辐射传输方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于考虑太阳高度角和植被三维结构的二流近似辐射传输方案Noah-MP陆面模式模拟的地表温度;选择动态植被方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于选择非动态植被方案的Noah-MP陆面模式;总体而言,考虑动态植被方案的Noah-MP陆面模式模拟的地表温度优于其他两种参数化方案的Noah-MP陆面模式以及CLM3.5陆面模式模拟的地表温度。     

Irrigation as adaptation strategy to climate change��a biophysical and economic appraisal for Swiss maize production

The impact of climate change on Swiss maize production is assessed using an approach that integrates a biophysical and an economic model. Simple adaptation options such as shifts in sowing dates and adjustments of production intensity are considered. In addition, irrigation is evaluated as an adaptation strategy. It shows that the impact of climate change on yield levels is small but yield variability increases in rainfed production. Even though the adoption of irrigation leads to higher and less variable maize yields in the future, economic benefits of this adoption decision are expected to be rather small. Thus, no shift from the currently used rainfed system to irrigated production is expected in the future. Moreover, we find that changes in institutional and market conditions rather than changes in climatic conditions will influence the development of the Swiss maize production and the adoption of irrigation in the future.     

基于WOFOST模型的辽西地区典型旱年不同播期玉米干旱损失评估

针对干旱灾害频发的辽西地区, 以春玉米为研究对象, 选取WOFOST作物模型, 利用干旱胁迫控制试验数据、田间试验数据和气象数据驱动模型, 进行典型旱年的模型适用性及不同播期的干旱损失评估研究。结果表明: 经过参数校准后的WOFOST模型能够较好的模拟辽西地区典型旱年春玉米产量及损失。辽西地区不同播期受干旱的影响程度不同, 因旱减产风险随播期推迟而减小, 2015年(中旱)干旱导致的平均减产率可达59%—61%, 2018年(轻旱)可达20%—39%, 2020年(中旱)可达36%—62%。不同生育期内干旱对产量的影响程度不同, 总体上拔节期—抽雄期和抽雄期—乳熟期持续重旱对产量的影响最大, 其次是抽雄期—乳熟期、拔节期—抽雄期。玉米各生育期受干旱影响程度, 朝阳站最大, 其次是黑山站和阜新站。辽西地区在旱年, 拔节期—抽雄期发生中旱和重旱风险随播期推迟而增加, 抽雄期—乳熟期发生中旱和重旱风险随播期推迟而减少, 当拔节期—抽雄期和抽雄期—乳熟期连续发生重旱, 干旱灾损程度随播期推迟而加重, 减产率可高达46%—84%。     

基于陆面模式Noah-MP的不同参数化方案在半干旱区的适用性

针对陆面模式Noah-MP对兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2009年8月地表热通量模拟值偏差大的问题,通过分析相关物理过程和模拟试验来探究偏差的来源,并确定合适的参数化方案:采用Chen97方案计算感热输送系数可以改善感热通量的模拟;采用Jarvis气孔阻抗方案能增大植被蒸腾,改进模式对潜热通量的模拟效果,同时也使热通量在感热和潜热间的分配比例合理;采用LP92方案可减小土壤蒸发阻抗并有利于土壤蒸发,使得模式对潜热通量的模拟效果变好。不同参数化方案的组合试验表明:同时采用2组或3组新的参数化方案组合可以进一步减小模拟的地表感热和潜热通量的均方根误差,但是土壤湿度和温度的模拟效果并没有同步改善。     

Climate change impacts on dryland cropping systems in the Central Great Plains,USA

Agricultural systems models are essential tools to assess potential climate change (CC) impacts on crop production and help guide policy decisions. In this study, impacts of projected CC on dryland crop rotations of wheat-fallow (WF), wheat-corn-fallow (WCF), and wheat-corn-millet (WCM) in the U.S. Central Great Plains (Akron, Colorado) were simulated using the CERES V4.0 crop modules in RZWQM2. The CC scenarios for CO₂, temperature and precipitation were based on a synthesis of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC 2007) projections for Colorado. The CC for years 2025, 2050, 2075, and 2100 (CC projection years) were super-imposed on measured baseline climate data for 15–17 years collected during the long-term WF and WCF (1992–2008), and WCM (1994–2008) experiments at the location to provide inter-annual variability. For all the CC projection years, a decline in simulated wheat yield and an increase in actual transpiration were observed, but compared to the baseline these changes were not significant (p > 0.05) in all cases but one. However, corn and proso millet yields in all rotations and projection years declined significantly (p < 0.05), which resulted in decreased transpiration. Overall, the projected negative effects of rising temperatures on crop production dominated over any positive impacts of atmospheric CO₂ increases in these dryland cropping systems. Simulated adaptation via changes in planting dates did not mitigate the yield losses of the crops significantly. However, the no-tillage maintained higher wheat yields than the conventional tillage in the WF rotation to year 2075. Possible effects of historical CO₂ increases during the past century (from 300 to 380 ppm) on crop yields were also simulated using 96 years of measured climate data (1912–2008) at the location. On average the CO₂ increase enhanced wheat yields by about 30%, and millet yields by about 17%, with no significant changes in corn yields.     

双参微物理方案对一次强降水过程的数值试验

利用WRF模式,分别采用WDM6和Morrison双参微物理方案对2009年7月23—24日,华东地区的一次强降水过程进行数值模拟。通过对地面累积降水量、降水强度和云中微物理量分析,对比研究了以上两种双参微物理方案对降水的预报效果。结果显示两种方案都低估了强降水区域的降水强度,而且提早预报了降水发生的时间。但相比之下,Morrison方案更接近实际的观测结果,而WDM6方案的误差在50%以上。分析了云中微物理量场和参数化方案计算过程,发现由于WDM6方案对雨滴的定义不合理,在结果中存在大量小粒径的雨滴,使平均粒径远小于典型雨滴,导致雨水的下落过程中,蒸发作用的强度被高估,而沉降过程的强度被低估,因而低估地面降水。     

通辽地区玉米分期播种试验及适时播种期探讨

文章探究了播种期对气候资源利用及玉米产量的影响,分析了气候变暖对玉米适宜播种期的影响。通过分期播种试验确定通辽地区玉米适宜播种期。早播玉米与迟播玉米虽然在播种—出苗,出苗—七叶,七叶—拔节期及乳熟期—成熟期间的间隔天数及≥10℃积温差异较大,但全生育期天数及总积温差异较小;早播玉米部分生育期间隔时间增长,迟播玉米播种—出苗期间隔时间缩短。为充分利用气候资源提供科学依据。     

沈阳地区浅层地温变化特征及播种期地温预报研究

为了掌握沈阳地区地温变化规律,并提供更好的大田地温预报服务,降低播种风险,提高粮食生产安全,利用沈阳地区7个气象站点1981-2015年地温和气温数据,运用数理统计方法,分析近35 a地温和气温的变化规律,建立了春播期（4月和5月）地温预报模型。结果表明：1981-2010年,年代际温度呈上升趋势,气温的变化导致地温的变化也更加明显,气温和各层地温的气候倾向率为0.426-0.549℃/10 a,4-10月0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm每一层的地温差为1.5℃、0.5℃和0.5℃;0-20 cm地温以及气温在1996年前后发生了突变;春播期西部地区0 cm、5 cm、10 cm的地温和气温差值4-5月由较低转为较高;地温预报模型t检验的P值在P=0.01水平差异均不显著,相对误差控制在±10%以内,可以用于沈阳春播期（4月和5月）地温预测。     

Climate Change and Winter Wheat Management: A Modelling Scenario for South-Eastern England

Crop models are useful tools for assessing the impact of climate change on crop production. The dynamic crop-growth model, CERES-Wheat is used to examine crop management responses, including yield, under six climate change scenarios for the years 2025 and 2050 on the Estate of Imperial College at Wye, Kent, U.K. Sensitivity analysis shows a dry matter yield decrease in response to increases in temperature alone. CERES-Wheat was then constrained to assess the crop performance under water-limited production scenarios with different soils, and the results show that crop grain yield actually increases, largely due to CO₂ fertilisation leading to increased rates of photosynthesis. Different management practices (planting dates and nitrogen application) were applied to find the best adaptation strategies. In general, `early' sowing (10th September) had the highest simulated yield, and `late' sowing (10th November) the lowest. For the soils tested, the highest and sustained crop production was obtained from Hamble soils (silt loam) compared with either the Fyfield (sandy) or Denchworth (clay). Adding nitrogen and other fertilisers would likely be necessary to take full advantage of the CO₂ fertilisationeffect and to compensate, in some cases, for yield losses caused by climate change where water shortage becomes serious.